基于長(zhǎng)江漫灘區(qū)的明挖法隧道施工技術(shù)探討

印 東

（南京市公共工程建設(shè)中心，江蘇 南京 210036）

0 引言

隧道是道路工程的重要組成部分之一，在隧道工程建設(shè)中，大多采用明挖法進(jìn)行施工。明挖施工能夠借助土方機(jī)械進(jìn)行作業(yè)，施工周期短，質(zhì)量容易保證，由此使得該方法在隧道工程中得到廣泛應(yīng)用。在施工過(guò)程中，為確保隧道開(kāi)挖安全、有序進(jìn)行，必須采取合理可行的支護(hù)方案，并同時(shí)做好基坑降水、基坑支護(hù)與開(kāi)挖、基坑監(jiān)測(cè)、隧道防水等工作。

1 地質(zhì)條件和明挖隧道主要施工方案

我國(guó)長(zhǎng)江中下游沿岸城市，地基呈典型的二元結(jié)構(gòu)，上部由黏性土層組成，有透水性弱、力學(xué)強(qiáng)度低的特點(diǎn)，下部由砂、礫、卵石層構(gòu)成，有強(qiáng)度高、透水性強(qiáng)的特點(diǎn)［1］。南京江北新區(qū)團(tuán)結(jié)路隧道工程位于長(zhǎng)江漫灘區(qū)，該區(qū)域的地形地貌復(fù)雜，地層類型與其他長(zhǎng)江沿岸城市相比更加復(fù)雜而且變化大，土層從上到下依次為：雜填土、素填土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂夾粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土、粉細(xì)砂。

團(tuán)結(jié)路隧道全長(zhǎng) 585 m，寬度約 30 m，采用明挖法順作法進(jìn)行施工，開(kāi)挖深度 0.5～10.7 m。隧道分為 19 個(gè)節(jié)段，其中 16 個(gè)節(jié)段為敞開(kāi)段，3 個(gè)節(jié)段為暗埋段，前者采用的是混凝土 U 型結(jié)構(gòu)，后者為全封閉的箱式結(jié)構(gòu)。隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用的是放坡開(kāi)挖、SMW 工法樁和排樁相結(jié)合的形式。

2 關(guān)鍵技術(shù)及控制要點(diǎn)

在施工過(guò)程中關(guān)鍵的技術(shù)和控制要點(diǎn)包括基坑降水、基坑支護(hù)與開(kāi)挖、基坑監(jiān)測(cè)、隧道防水施工、結(jié)構(gòu)耐久性指標(biāo)的控制和養(yǎng)護(hù)等，具體內(nèi)容如下。

2.1 基坑降水

由于基坑位于長(zhǎng)江漫灘，土的含水量極大幾乎達(dá)到極限含水量，開(kāi)挖時(shí)將由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，開(kāi)挖困難，因此降水井除有效降低開(kāi)挖深度范圍內(nèi)的地下水位標(biāo)高之外，還必須有效降低被開(kāi)挖土地的含水量。其解決途徑為降水井先施工，在施工兩周后進(jìn)行土方的開(kāi)挖，在降水井設(shè)置兩周后，土的含水量明顯降低，在開(kāi)挖后大部分土體仍然保持可塑狀態(tài)。

研究表明，地表沉降會(huì)隨降水井深度的增加而增大，嚴(yán)重危及基坑施工安全［2］。因此在降水過(guò)程中不能只考慮降水效果，還需要考慮降水對(duì)地表的影響，在設(shè)置降水井的數(shù)量和降水深度時(shí)需要慎重考慮。根據(jù)本工程的實(shí)際情況，研究采用疏干與減壓備用綜合降水方案。在基坑內(nèi)共計(jì)設(shè)置降水井 46 口，選用額定流量為 30 m3/h、揚(yáng)程在 30 m 以上的潛水泵進(jìn)行疏干降水，使之形成一個(gè)穩(wěn)定的地下水循環(huán)，在保證施工的前提下盡量減小對(duì)地表沉降的影響。

為確保降水井的整體質(zhì)量，采用反循環(huán)鉆機(jī)成孔工藝。在距離降水井 3.0 m 左右的位置處挖設(shè)泥漿池，隨后鉆機(jī)就位，調(diào)整完畢開(kāi)始鉆進(jìn)；當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，抽出孔底泥漿后對(duì)孔深進(jìn)行測(cè)定，以清水稀釋，下入井管填入礫料，完工后 7 h 內(nèi)進(jìn)行洗井，最后安裝水泵進(jìn)行降水，為基坑開(kāi)挖提供條件。

2.2 基坑支護(hù)與開(kāi)挖

由于本工程地質(zhì)差對(duì)支護(hù)要求較高，只有在開(kāi)挖深度較低的 JD1-JD3 和 JD17-JD19 采用 1∶1 放坡，在較深的 JD4-JD7、JD13-JD16，SWM 工法樁采用隔一插一型鋼；在更深的 JD8-JD12，SMW 工法樁采用密插型鋼；在最深的泵房側(cè)采用鉆孔灌注樁。

SMW 工法樁具有抵抗側(cè)向土水壓力和阻止地下水滲漏的功能；對(duì)周邊環(huán)境影響小，對(duì)鄰近土體擾動(dòng)較少［3］。根據(jù)本工程的地質(zhì)條件，在插工法樁之前必須先對(duì)工法樁插入位置進(jìn)行土體加固，使得插入的工型鋼合理地受力。工型鋼周邊土體加固為三軸攪拌樁，為了達(dá)到良好的防水效果，三軸攪拌樁的樁間咬合需要達(dá)到 20 cm 才能保證防水，為此采用特殊的施工順序進(jìn)行三軸攪拌樁的施工，具體施工順序如圖 1 所示。

圖1 三軸攪拌樁施工順序

鉆孔灌注樁施工與三軸攪拌樁不同，樁間無(wú)法進(jìn)行咬合，因此需要嚴(yán)格控制垂直度，減少樁間縫隙。由于無(wú)法咬合必須在鉆孔灌注樁的外側(cè)增加若干排止水帷幕樁，本工程采用的三軸攪拌樁止水帷幕如圖 2 所示，在基坑開(kāi)挖時(shí)能夠保證基坑的正常工作。

圖2 排樁、止水帷幕布置圖（單位：m）

當(dāng)基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)與加固全部達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，且降水達(dá)到預(yù)期效果，經(jīng)驗(yàn)收合格后，便可對(duì)基坑進(jìn)行開(kāi)挖（見(jiàn)圖 3）?；娱_(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)、格構(gòu)柱、降水井等必須采取保護(hù)措施，防止挖機(jī)對(duì)其碰撞，擾動(dòng)基底原狀土［4］。基坑采用斜面分層分段開(kāi)挖、先撐后挖的原則，避免發(fā)生超挖的現(xiàn)象。分層開(kāi)挖時(shí)，每層的厚度應(yīng)當(dāng)不超過(guò) 3 m。由于基坑內(nèi)的土體的含水量大，在開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后為了不擾動(dòng)原土，在開(kāi)挖面以上 30 cm 厚的土方由人工開(kāi)挖。

圖3 土方開(kāi)挖示意圖

2.3 基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)

在基坑施工中，將基坑深度 2 H 范圍內(nèi)的地上與地下建筑、地下管線以及基坑本身作為監(jiān)測(cè)對(duì)象。在施工開(kāi)始前，編制合理可行的監(jiān)測(cè)方案，嚴(yán)格按照方案開(kāi)展監(jiān)測(cè)工作，并對(duì)設(shè)好的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)。為了控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)、臨近建筑物及地下管線的變位、沉降和預(yù)報(bào)施工中出現(xiàn)的異常情況，并且正確指導(dǎo)施工，在施工過(guò)程中建立了嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息化施工?；颖O(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括：結(jié)構(gòu)的水平位移和垂直沉降；周圍建筑物及地下管線的垂直沉降、水平位移、傾斜率；基坑外地表沉降，深層水平位移，基坑內(nèi)地下水位；鋼支撐的軸力和撓度、立柱沉降；地表、臨近建筑物的裂縫觀測(cè)。

2.4 隧道防水施工控制要點(diǎn)

本工程變形縫防水設(shè)計(jì)遵循的基本原則為“以防為主、剛?cè)峤Y(jié)合，多道防線，因地制宜，綜合治理”［5］。在隧道拱墻初期支護(hù)與二次襯砌之間鋪設(shè)防水板，二次襯砌采用結(jié)構(gòu)自防水，即防水混凝土，由此能夠達(dá)到隧道防水的效果。

在明挖隧道中，主要可能滲水的部位有變形縫滲水、裂縫滲水、施工縫滲水以及其他部位的滲水情況等［6］。變形縫、沉降縫的位置是防水的重點(diǎn)，是結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，如果處理不當(dāng)，水壓會(huì)在混凝土澆筑完畢后持續(xù)地破壞結(jié)構(gòu)。本工程周圍水系復(fù)雜，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)迎土面不僅土的側(cè)向壓力大而且導(dǎo)致滲透的壓力大，如果處理不好施工縫，將會(huì)導(dǎo)致滲水帶走施工縫周圍混凝土中的膠凝材料、砂子，只留下較大的粗骨料，使得結(jié)構(gòu)受力不合理，為此在施工縫設(shè)置止水鋼板和遇水膨脹止水條，而且在水平施工表面拉毛并涂抹水泥基滲透結(jié)晶防水涂料，保證混凝土結(jié)構(gòu)不被破壞。沉降變形縫采用外貼式橡膠止水帶和中埋式鋼邊止水帶，其中中埋式鋼邊止水帶兜繞成環(huán)，而且外貼式止水帶與頂板迎水面的嵌縫采用聚硫雙組分密封膠封閉成環(huán)，如此處理后，在不影響合理沉降的同時(shí)保證結(jié)構(gòu)防水。

在重點(diǎn)處理好結(jié)構(gòu)防水和施工縫變形縫防水的同時(shí)，還需進(jìn)行外包防水，加強(qiáng)隧道結(jié)構(gòu)防水，以結(jié)構(gòu)自防水為主，外包防水為輔使得隧道結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)期效果。

2.5 結(jié)構(gòu)耐久性指標(biāo)的控制和養(yǎng)護(hù)要點(diǎn)

在對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性指標(biāo)進(jìn)行控制時(shí)，將控制重點(diǎn)放在如下幾個(gè)方面：荷載、混凝土收縮、堿骨料、鋼筋銹蝕以及不均勻沉降等。同時(shí)，嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求，對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，避免早期開(kāi)裂的問(wèn)題發(fā)生。

3 結(jié)論

明挖隧道是常見(jiàn)的隧道施工方式，明挖隧道中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況實(shí)施，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法與控制措施是施工中的重中之重，應(yīng)該重點(diǎn)探究。此外，明挖隧道所遇到的難題幾乎都與水有關(guān)，在基坑支護(hù)時(shí)要處理好樁間的滲水、在基坑開(kāi)挖時(shí)要處理好開(kāi)挖土體的含水量和處理好地下水位、在主體施工時(shí)要處理好結(jié)構(gòu)自防水和外包防水。因此在明挖法隧道施工時(shí)應(yīng)該注重維護(hù)結(jié)構(gòu)的施工和施工中對(duì)水的處理，從而確保隧道開(kāi)挖能夠按質(zhì)、按量、按時(shí)完成。Q